Obrazový kredit: Berkeley Lab
V případě zesílení zápletky, jak se záhada odvíjí, se Higgsův boson právě prohloubil, i když subatomická částice ještě nebyla nalezena. V dopise vědeckému deníku Nature, zveřejněném v čísle 10. června 2004, mezinárodní spolupráce vědců pracujících v Tevatronovém urychlovači Národní laboratoře Fermi (Fermilab), uvádí nejpřesnější měření dosud pro hmotnost vrcholu kvark? subatomická částice, která byla nalezena? a to vyžaduje revizi směrem nahoru pro dlouho postulovaný, ale stále nedetekovaný Higgsův boson.
"Vzhledem k tomu, že nejvyšší kvarková hmota, kterou hlásíme, je o něco vyšší, než se dříve měřilo, to znamená, že nejpravděpodobnější hodnota Higgsovy hmoty je také vyšší," říká Ron Madaras, fyzik z amerického ministerstva energetiky Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley) Lab), který vede místní účast v experimentu D-Zero na Tevatronu. "Nejpravděpodobnější hmotnost Higgsů se nyní zvýšila z 96 na 117 GeV / c2"? GeV / c2 je běžná jednotka fyziky částic a fyziky; hmotnost protonu měří asi 1 GeV / c2? "Což znamená, že je to pravděpodobně mimo citlivost současných experimentů, ale je velmi pravděpodobné, že se objeví v budoucích experimentech u velkého Hadrona Collidera postaveného v CERN."
Higgsův boson byl označen jako chybějící článek ve standardním modelu částic a polí, teorie, která se používá k vysvětlení základní fyziky od 70. let. Před rokem 1995 chyběl také top kvark, ale experimentální týmy pracující na dvou velkých detekčních systémech Tevatronu, D-Zero a CDF, to dokázaly samostatně objevit.
Vědci se domnívají, že Higgsův boson, pojmenovaný pro skotského fyzika Petera Higgsa, který poprvé teoretizoval jeho existenci v roce 1964, je zodpovědný za hmotnost částic, množství hmoty v částici. Podle teorie částice získává hmotu prostřednictvím své interakce s Higgsovým polem, o kterém se předpokládá, že prostupuje celým prostorem, a byla porovnána s melasou, která se drží na jakékoli částici, která se v ní pohybuje. Higgsovo pole by bylo neseno Higgsovými bosony, stejně jako elektromagnetické pole je přenášeno fotony.
„Ve standardním modelu je hmotnost bosonů Higgs korelována s hmotností top kvarků,“ říká Madaras, „takže vylepšené měření hmotnosti top kvarků poskytuje více informací o možné hodnotě bosonové hmoty Higgs.“
Podle standardního modelu bylo na začátku vesmíru šest různých typů kvarků. Nejlepší kvarky existují jen na okamžik před rozpadem na dolní kvark a W boson, což znamená, že ty, které vznikly při narození vesmíru, jsou dávno pryč. U Fermilabova Tevatronu, nejsilnějšího srážce na světě, však srážky mezi miliardami protonů a antiprotonů způsobují občasný top kvark. I přes jejich krátký vzhled mohou být tyto top kvarky detekovány a charakterizovány experimenty D-Zero a CDF.
Při ohlašování výsledků D-Zero experimentální spolupracovník John Womerley řekl: „Technika analýzy, která nám umožňuje extrahovat více informací z každé události nejvyššího kvarku, ke které došlo v našem detektoru, poskytla výrazně lepší přesnost plus nebo mínus 5,3 GeV / c2 in nejvyšší měření hmotnosti ve srovnání s předchozími měřeními. Nové měření je srovnatelné s přesností všech předchozích měření hmotnosti top kvarku dohromady. Když je tento nový výsledek kombinován se všemi ostatními měřeními jak z experimentů D-Zero, tak s CDF, nový světový průměr nejvyšší hmotnosti se stane 178,0 plus nebo mínus 4,3 GeV / c2. “
Detekční systém D-Zero se skládá z centrálního sledovacího detektorového pole, hermetického kalorimetru pro měření energie a velkého úhlového mionového detektorového systému. Berkeley Lab navrhl a postavil dva elektromagnetické kalorimetry s koncovým uzávěrem a také počáteční detektor vrcholu, nejvnitřnější součást sledovacího systému. Sledovací detektory doplňují kalorimetry měřením trajektorií částic. Vědci mohou identifikovat a charakterizovat částice pouze při kombinaci měření trajektorie a energie.
Zdá se, že zvýšení střední hodnoty pro top kvarkovou hmotu snižuje možnost, že by Higgsův boson mohl být objeven na Tevatronu, ale otevírá širší dveře pro nové objevy v supersymetrii, také známé jako SUSY, rozšíření standardního modelu, které sjednocuje částice síly a hmoty prostřednictvím existence superpartnerů (někdy označovaných jako „sparticles“). Supersymetrie se snaží zaplnit mezery, které zbyly u standardního modelu.
"Současné hmotnostní limity nebo meze, které vylučují supersymetrické částice, jsou velmi citlivé na hmotu top kvarku," říká Madaras. "Vzhledem k tomu, že horní kvarková hmota je nyní vyšší, nejsou tyto limity nebo meze tak závažné, což zvyšuje šanci vidět supersymetrické částice na Tevatronu."
Vědci z téměř 40 amerických univerzit a 40 zahraničních institucí přispěli k analýze dat, kterou v dopise Nature zaslala experimentální skupina D-Zero. Spoluautoři Berkeley Lab spolu s Madarasem byli Mark Strovink, Al Clark, Tom Trippe a Daniel Whiteson.
Ředitel Fermilab Michael Witherell ve svém prohlášení uvedl, že tyto výsledky nekončí příběhem přesných měření hmotnosti top kvarku. "Dva detektory srážky, D-Zero a CDF, zaznamenávají velké množství dat v běhu II Tevatronu." Spolupráce CDF nedávno oznámila předběžná nová měření nejvyšší hmotnosti na základě dat Run II. Přesnost světového průměru se zlepší, až budou jejich výsledky konečné. Během několika příštích let provedou oba experimenty stále přesnější měření hmotnosti top kvarku. “
Fermilab, stejně jako Berkeley Lab, je financován Úřadem pro vědu energetiky. V reakci na dopis Nature ze skupiny D-Zero Raymond L. Orbach, ředitel Úřadu vědy, řekl: „Tyto důležité výsledky ukazují, jak naši vědci aplikují nové techniky na stávající data a vytvářejí nové odhady pro množství Higgsův boson. Netrpělivě očekáváme další kolo výsledků z obrovského množství dat, která jsou dnes generována na Fermilab Tevatron.?
Berkeley Lab je národní laboratoř amerického ministerstva energetiky se sídlem v Berkeley v Kalifornii. Provádí neklasifikovaný vědecký výzkum a je řízen Kalifornskou univerzitou. Fermilab je národní laboratoř financovaná Úřadem vědy US Department of Energy, provozovaným společností Universities Research Association, Inc.
Původní zdroj: Berkeley Lab News Release
